Kryptering af billeder ved hjælp af kaotiske cellulære automater

Det er mere end ti år siden, at ideen om at bruge kaos til at kryptere beskeder opstod.

Fremgangsmåden er ligetil. Start med en besked, læg den oven på et kaotisk signal og send. Hvis kaoset er nøje udvalgt, kan dette signal virke tilfældigt og så ligne baggrundsstøj. For at afsløre den originale besked skal modtageren være i besiddelse af det samme kaotiske signal og skal blot trække dette fra den krypterede besked. Voila!

I dag afslører Marina Jeaneth Machicao og et par venner ved University of San Paul i Brasilien en ligetil måde at udvide denne metode til billeder.

Deres idé er at bruge en cellulær automat til at generere et pseudotilfældigt signal. En cellulær automat er et gitterlignende array, hvor hver celle kan være enten sort eller hvid på et hvilket som helst tidspunkt. I det næste tidstrin ændres hver firkant dog efter en forudbestemt regel og farven på firkanterne omkring den.

Tricket er selvfølgelig at finde en regel, der genererer et pseudorandom output, så det resulterende gitter ligner støj.

Disse fyre undersøger en række automater for at se, hvilke der genererer det mest tilfældige output. De måler kvaliteten af ​​tilfældighed efter 20 millioner iterationer ved hjælp af standard statistiske test kendt som ENT og DIEHARD. De nøjes med en kaldet Fredkin B1357/S02468, som giver konsekvent tilfældige resultater.

Et afgørende punkt er, at outputtet af denne automata er præcist bestemt af dens starttilstand. Brug et andet mønster af celler, og du ender med et helt andet output.

Det er vigtigt, fordi de siger, at denne starttilstand kan fungere som en adgangskode. Det betyder, at automaten frit kan distribueres, så alle kan bruge den, men kun en person med adgangskoden kan dekryptere en given besked.

Så her er hvordan det virker. Start med at indtaste adgangskoden for at producere et startmønster af celler i den cellulære automat. Kør derefter gennem 20 millioner iterationer for at generere et pseudotilfældigt output. Læg dette oven på det billede, du vil kryptere, og send det derefter.

En modtager med den korrekte adgangskode kan se billedet ved at udføre proceduren omvendt.

Det er en interessant tilgang, men den rejser en række vigtige spørgsmål. Den mest åbenlyse af disse er, hvor sikkert et sådant system ville være.

Problemet er dette. Selvom output ser tilfældigt ud, er det genereret af en helt deterministisk proces. Det er en potentiel svaghed, som en aflytning håber at udnytte. Faktisk har kryptografer fundet alle slags smuthuller i lignende slags pseudorandom-generatorer.

Andre har dog vist, at den cellulære automat kan generere output, der i det væsentlige ikke kan skelnes fra naturlig tilfældighed. Faktisk mener Stephen Wolfram, en af ​​pionererne på dette område, at universet får sin tilfældighed fra cellulære automat-lignende processer. Den tilfældige talgenerator i Wolframs Mathematica-software bruger præcis denne tilgang.

Det kan være, at Machicao og co vil være i stand til at bevise en form for beregningssikkerhed – at en krypteret besked ville tage en betydelig mængde computerkraft at knække. Så denne slags beskeder ville være nyttige til kortvarig hemmeligholdelse.

Men hvis ikke, så ville det være en modig kryptograf, der betroede hemmeligheder til denne metode.

Ref: arxiv.org/abs/1112.6326 : Kaotisk krypteringsmetode baseret på livslignende cellulære automater

skjule